【文章內(nèi)容簡介】 感器的結(jié)構(gòu)簡單，響應速度塊，可靠性較高，能實現(xiàn)參數(shù)的非接觸測量，因此廣泛地應用于各種工業(yè)自動化儀表中。光電式傳感器課用來測量光學兩或測量已先行轉(zhuǎn)換為光學量的其他被測量，然后輸出一定形式的電信號。在測量光學量時，光學器件是作為敏感元件使用；而測量其他物理量時，它是作為轉(zhuǎn)換元件使用。光電式傳感器由光路及電路兩大部分組成，光路部分實現(xiàn)被測量信號對光亮的控制和調(diào)制，電路部分完成從光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。見下圖 圖21 環(huán)境監(jiān)測示意圖 常用的光電轉(zhuǎn)換元件有真空光電管、充氣光電管、光電倍增管、光敏電阻、光電二極管及光電三極管等，它們的作用是檢測照射在其上的光通量。選用何種形式的光電轉(zhuǎn)換元件取決于被測參數(shù)所需的靈敏度、響應的速度、光源的特性及測量環(huán)境和條件等。 光電式傳感器的選擇 光電器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光譜特性、響應時間、峰值探測率和溫度特性來描述。其中，伏安特性、光照特性和光譜特性是選擇光電器件的主要指標。 針對以上因素，我起初選用了臺灣億光PT3346B（接收管）以及IR333A的發(fā)射管。PT3346B接收管的敏感波長峰值達980nm，有小波長范圍在8401200nm之間，~20mA,擊穿特性:Bvceo30V Bveco5V,飽和特性：Vce(sat)，上升/下降時間：15us，暗電流：100nA(遠遠小于有光照的條件下的電流)。而IR333A~。為了使對地接收黑色引導線的效果更為明顯，我還是用了LM324運算放大器，使信號放大后給MCU處理。效果更優(yōu)。 針對尋跡檢測路徑這一特殊的前提，主要兩種方案，一種是光電式的，一種是攝像頭式的，使用攝像頭式的檢測方案不僅能夠得到豐富的路徑信息，而且可實現(xiàn)遠距離的前瞻，對車模重量及穩(wěn)定性的影響也很小。是否光電方案就真的不可得到連續(xù)的、前瞻性好的信息呢？答案不是絕對的。為了擁有更好的前瞻性，我大膽的采用了激光檢測這一新型的方法。利用激光檢測的方法，可以通過收發(fā)激光信號達到更遠的距離，加上透鏡的接收管甚至可以接收到直徑1米以外的距離。接收發(fā)射原理見下圖 圖22激光發(fā)射電路 圖23 激光接收電路該電路中，RR8為限流電阻，R6用于分壓（可去除），三極管Q2當做開關來使用，J4是一個激光調(diào)制管，經(jīng)過測試，輸出一個190KHZ左右的頻率信號（另外，因為產(chǎn)品的批號不齊，有些輸出的頻率僅為170KHZ）。激光接收部分，我使用了一種非常方便的接收管，它的輸出只有1和0兩種狀態(tài)，當照射在黑線上時，接收管打開，輸出高電平，反之，則輸出低電平。因為系統(tǒng)的使用環(huán)境比較偏向于二值化，因此，使用起來也更為簡便。但是也有一定的弊端，當遇到污漬等外部環(huán)境干擾時，容易出錯，這時，需要進行軟件清除。另外，由于激光管的略微差異，可能接收信號時會因為環(huán)境光影響，而接收不到，因此接一個500歐的電位器進行條件。由于激光管的功率比較小，其實理論上可以接一個更小值的電位器，使之精度更高。C1為旁路電容，主要起濾波作用。R3和D1構(gòu)成了一個可視化的測試界面，在畫PCB圖時，我將每個接收管電路中加入了一個LED，這樣大大的簡化了調(diào)試的工作。 電機驅(qū)動模塊 在小車的制作中，對電機驅(qū)動電流的要求較高，電機驅(qū)動電路必不可少。功率管的選擇由電機的功率決定，PWM信號的占空比決定電機的轉(zhuǎn)速，故電機的調(diào)速可通過改變PWM信號的占空比實現(xiàn)。 在我的設計當中，為了達到一個很好的過彎效果，需要在直線以高速運行，在過彎時的動作時急剎，減速之后過彎。因此，電機的反轉(zhuǎn)就由為重要。為此，需要設計一個全橋驅(qū)動電路。 我第一次的設計中，是使用了一種比較簡便的電路，采用了飛思卡爾的MC3886芯片做全橋驅(qū)動，其內(nèi)部建構(gòu)由一組MOS管構(gòu)成，見下圖。圖24 MC33886內(nèi)部結(jié)構(gòu) V+為電源電壓（此處使用電池供電），IN1和IN2分別為MC33886的PWM信號輸入端口。MC33886的輸出端口OUT1和OUT2分別接驅(qū)動電機的兩端。D1和/D2為芯片的使能端。圖25 MC33886并聯(lián)電路 但經(jīng)過反復測試和使用之后，發(fā)現(xiàn)效果并不十分理想。首先是導線的分布需要均勻的到達芯片的兩端，不可一端過長、一端過短，否則將會出現(xiàn)芯片冷熱不均勻的狀態(tài)。達不到最好的驅(qū)動效果。其次，由于MC33886畢竟是集成芯片，將一個全橋集成在單個芯片中，當負載過大時，拉力明顯不夠。于是我進行了第二次的改進。 我的第二次改進參考使用了P溝道的MOS管和N溝道的MOS管搭建全橋。見下圖。圖26 mc33886+H橋電路P管IRF4905最大74A，N管IRF3205最大110A，所以電路理論上最大電流能達到74A，并且這兩款MOS管的內(nèi)阻都很小，開啟電壓也足夠低，因此效果較好。在這里，33886只起到MOS管的柵極驅(qū)動作用，所以同時也解決了發(fā)熱問題。R1,R2電阻上拉使能。當OUT1PWM信號時，當為高電平時，Q2導通，VCC經(jīng)過Q2流向MOTOR的2號接口，然后從回路流向Q3，因為OUT2口是低電平，所以N溝道增強型MOS管此時處于工作狀態(tài)，電流導通至地。當OUT2口輸出時，原理相同。 供電模塊 穩(wěn)壓芯片的選擇在整個系統(tǒng)的設計中，而微控制器、激光收發(fā)電路以及舵機控制電路所使用的均是5V電壓，如果能夠給予系統(tǒng)穩(wěn)定的電壓，是一個不容忽視的問題。電壓調(diào)節(jié)器件使用最多的是線性穩(wěn)壓器件（如78XX系列的三端穩(wěn)壓器件）雖然這種線性穩(wěn)壓器具有輸出電壓恒定或可調(diào)、穩(wěn)壓精度高的優(yōu)點，但足由于其線性調(diào)整工作方式在工作中會造成較大的“熱損失”(其值為V壓降I負荷)，導致其電源利用率不高、工作效率低下，不易達到便攜式設備對低功耗的要求。于線性穩(wěn)壓器件相比，開關電源調(diào)節(jié)器以完全導通與截止時間，有效的介紹工作中的“熱損失”，保證了較高的電源利用率。開關管的高頻通斷特性以及串聯(lián)濾波電感的使用對來自于電源的糕餅干擾具有較強的抑制只用。同時由于其低功耗特點，在進行電路板設計時，可以減少散熱片的體積和PCB板的面積，有時甚至不需要加裝散熱片，方便了電路設計與使用，卻限制了該類型開關電源在某些便攜式移動設備上的使用。針對線性穩(wěn)壓電源與開關電源存在較高工作降壓的問題使得這兩類電源調(diào)節(jié)期間不易廣泛應用于便攜式移動設備中，我采用了一種低壓差線性電源芯片TPS76850來作為智能車的電源調(diào)節(jié)器件。TPS76850具有輸入電壓范圍大，過熱，過流及電壓反接保護，特別是黨其輸出電流為100mA時，TPS76850能夠保證電池電壓在+7V +，輸出穩(wěn)定的5V電壓，顯著的提高了電源的利用效率。 TPS768XX系列概述 TPS768XX是美國TI公司生產(chǎn)的微功耗，低壓差電源管理芯片，它具有節(jié)電關斷模式與輸出電壓監(jiān)控功能，極低的靜態(tài)電流且不隨負載變化；集成延時微處理器復位功能保證系統(tǒng)的正常工作；具有完善的保護電路，包括過熱、過流及電壓反接保護。利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。TPS768XX系列的開關穩(wěn)